ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ (урок химии в 9 и 11 классе) Учитель химии МОУ СОШ 3 г. Светлого Калининградской обл. Ракович Лариса Викторовна

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О СТАЛИ Сталь является сплавом железа с углеродом (до 1,7%), кроме того, некоторые количества Si, Mn, P, S. Обычно в стали допускается содержание сопутствующих элементов в строго ограниченных количествах, например, Si - не более 0,3%, Р – не более 0,05%. Сталь является сплавом железа с углеродом (до 1,7%), кроме того, некоторые количества Si, Mn, P, S. Обычно в стали допускается содержание сопутствующих элементов в строго ограниченных количествах, например, Si - не более 0,3%, Р – не более 0,05%. Увеличение содержания серы вызывает ее красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах. Увеличение содержания серы вызывает ее красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах. Увеличение содержания фосфора вызывает хладноломкость, т.е. хрупкость при низких температурах. Увеличение содержания фосфора вызывает хладноломкость, т.е. хрупкость при низких температурах.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О СТАЛИ Сталь с наибольшим содержанием углерода (2%) называют твердой. Она идет на изготовление инструментов. Сталь с наибольшим содержанием углерода (2%) называют твердой. Она идет на изготовление инструментов. Сталь, в которой минимальное содержание углерода (~ 0,3%) называют мягкой или ковкой. Сталь, в которой минимальное содержание углерода (~ 0,3%) называют мягкой или ковкой. Сталь сдержит так же технологические примеси, которые могут быть как полезными, так и вредными. Сталь сдержит так же технологические примеси, которые могут быть как полезными, так и вредными.

ПРИМЕСИ, СОДЕРЖАЩИЕСЯ В СТАЛИ ПОЛЕЗНЫЕ ПРИМЕСИ: ПОЛЕЗНЫЕ ПРИМЕСИ: 1) Марганец и кремний должны содержаться в сталях любых марок. Эти добавки делают сталь более качественной, легированной, т.е. более износостойкой, жаропрочной. Эти добавки делают сталь более качественной, легированной, т.е. более износостойкой, жаропрочной. 2) К полезным легирующим добавкам, которые специально вводят в сталь, относятся Cr, Mo, W, Ni, V, Ti, Al. ВРЕДНЫЕ ПРИМЕСИ: ВРЕДНЫЕ ПРИМЕСИ: 1)S, P, As, Sb, Sn, Zn, Pb, O 2, N 2, H 2. Газообразные вещества в жидкой стали реагируют между собой или легирующими добавками и образуют хрупкие хим. соединения, понижающие качество отливок. 2)Часть вредных примесей (S, P) можно удалить в процессе плавки, если к ней добавить флюсы 3)Некоторые нежелательные примеси (Sb, Sn, Zn, Pb) из стали не удается устранить, а другие ( H, N, O) устраняют из жидкой стали, только после её выплавки с помощью вакуумирования или продувки аргоном.

АППАРАТЫ СТАЛЕЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВО МАРТЕН МАРТЕН КОНВЕРТОР КОНВЕРТОР ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ Признаки сравнения МАРТЕНКОНВЕРТОР ЭЛЕКТРОПЕЧЬ Сырье Жидкий чугун, металлолом Жидкий чугун, металлолом, легирующие добавки Жидкий чугун, легирующие добавки Производи-тельность 900 тонн в смену 300 тонн за плавку 350 тонн за плавку Время плавки до 12 часов до 20 минут около 1 часа Топливо Газ, мазут-- Источник энергии Теплота сгорания топлива и теплота экзотермической реакции Теплота экзотермической реакции электроэнергия

ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОИЗВОДСТВА СТАЛИ

1 стадия «Нежелательные реакции окисления железа» 1) Чугун: 2Fe + O 2 = 2 FeO + Q 2) Металлолом (Fe 2 O 3 и Fe 3 O 4 ): Fe + Fe 3 O 4 = 4 FeO + Q

2 Стадия «Окисление примесей оксидом железа (II) Si + 2 FeO = SiO Fe + Q Mn + FeO = MnO + Fe + Q 2P + 5 FeO = P 2 O Fe + Q C + FeO = CO + Fe - Q

3 Стадия «Образование шлака или устранение фосфора и серы известью» 3 CaO + P 2 O 5 = Ca 3 (PO 4 ) 2 CaO + FeS = CaS + FeO

4 Стадия «Раскисление стали, т.е. устранение FeO» Раскислители: Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Al Mn + FeO = MnO + Fe Si + 2 FeO = SiO Fe 2 Al + 3 FeO = Al 2 O Fe Основной продукт: сталь Основной продукт: сталь Побочный продукт: шлак, отходящие газы Побочный продукт: шлак, отходящие газы

ДОСТОИНСТВА ПРОЦЕССА МАРТЕНКОНВЕРТОРЭЛЕКТРОПЕЧЬ Утилизация тепла и металлолома, Малая требовательность к химическому составу сырья, высокое качество и широкий ассортимент стали Высокая производительность аппарата, Получение легированной стали высокого качества, Автоматизация процесса, относительно низкая себестоимость продукта Очень высокое качество стали, содержащей тугоплавкие легирующие добавки

НЕДОСТАТКИ ПРОЦЕССА МАРТЕНКОНВЕРТОРЭЛЕКТРОПЕЧЬ Длительность процесса, Низкая производительность, Загрязнение атмосферы, Прерывность процесса (чтобы печь не остыла, в период выпуска стали не прекращают сжигание топлива), Трудно получить высоколегированную сталь, т.к. в атмосфере печи содержатся окислители Периодичность процесса, Часть металла теряется при выгорании Относительно высокая стоимость электроэнергии, Требуется наращивание электродов, Нельзя получить сорта стали, в которых углерода содержится менее 0,1%, т.к. часть углерода обязательно переходит в сталь при сгорании электродов.

ПРЯМОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА Из-за недостатка коксующих углей разрабатывают способы получения стали, исключающие стадию доменного процесса, где потребление кокса наиболее велико. Внедренным способом является прямое восстановление железа: из обогащенной руды готовят окатыши, которые по транспортеру по дают в печь. В качестве восстановителя используют метан СН 4. 4 Fe 2 +3 O C -4 H 4 + = 8 Fe o + 6 H 2 O + 3 C +4 O 2 8 Fe e = Fe o - восстановление/окислитель 3 C e = C +4 - окисление/восстановитель

ХЕМА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ СХЕМА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ

СХЕМА КИСЛОРОДНОГО КОНВЕРТОРА

СХЕМА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ

ОБЩАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ